Анализ параметров механических управляемых колебаний в системах перемещения изделия и сварочного инструмента автоматического оборудования для электродуговой сварки и наплавки

Abstract

Выполнен краткий анализ ряда известных способов и методов улучшения структуры металла наплавленного слоя для получения при дуговом процессе сварки – наплавки существенного влияния на размеры кристаллитов, их ориентацию с достижением дезориентации. Часть из этих способов сложна, а часть недостаточно эффективна в промышленном применении. В работе рассмотрен способ управления структуризацией металла, наплавленного механизированными способами с использованием колебаний изделия с регулируемыми параметрами (частота, амплитуда) с получением наплавленного слоя с улучшенными механическими характеристиками и повышением производительности процесса наплавки. Разработана и предложена для практического применения в технологической практике методика определения параметров колебаний, основанная на периодическом изменении тепловложений в металл ванны, приводящим к уменьшению разницы между температурами плавления и перегрева жидкой ванны. Адекватность методики расчёта параметров колебаний подтверждена полученными результатами. Подтверждение основано на изучении микрошлифов наплавленных валиков в сравнимых вариантах (обычный режим и режим с колебаниями изделия), на которых можно видеть изменения в размерах кристаллитов (их очевидное уменьшение) и их направленности в сторону дезориентации. Отмечается, что изменение в размерах кристаллитов, их дезориентация ведёт к существенному улучшению механических свойств наплавленного слоя или сварного шва, кроме этого, значительно (на 30…40%) повышается ширина наплавленного слоя, а это повышение производительности. При ведении наплавки с колебаниями изделия с эффективно выбранными параметрами существенно повышенными характеристиками износоустойчивости. Повышение прочности и износоустойчивости изделия при сварке – наплавке ведёт к росту надёжности при эксплуатации, в частности, без применения специальных материалов и электродных проволок. Особо выделен способ наплавки цилиндрических деталей по винтовой линии, при этом решается задачи обеспечения сплошного слоя наплавки с учётом колебаний или изделия или детали. Рассмотрена конструкция установки c механизмом управляемых по частоте и размаху (амплитуде) колебаний изделия в различных направлениях, и общим алгоритмом функционирования соответствующим рассмотренной методики, позволяющая реализовать предложенный способ наплавки. Высокий уровень управления параметрами колебаний, быстродействия достигается при помощи применения в установке безредукторных компьютеризованных электроприводов с шаговыми электродвигателями. Рассмотренный способ наплавки с колебаниями изделий достаточно эффективен, но имеет ограничения по массе и размерам изделия.

The analysis of a number of known methods and methods for improving the structure of the metal of the deposited layer was carried out to obtain, during the arc welding process - surfacing, a significant effect on the crystallite sizes, and their orientation with achievement of disorientation. Some of these methods are complex, and some are not effective enough in industrial applications. In this paper, a method for controlling the structurization of a metal deposited by mechanized methods using oscillations of a product with adjustable parameters (frequency, amplitude) with the formation of a weld layer with improved mechanical characteristics and an increase in the performance of the welding process is considered. The technique for determining vibration parameters was developed and proposed for practical use in technological practice. It is based on a periodic change in the heat input to the bath metal, leading to a reduction in the difference between the melting temperature and the overheating of the liquid bath. The adequacy of the method of calculating the parameters of oscillations is confirmed by the obtained results. The confirmation is based on the study of microscopes of the deposited rollers in comparable versions (normal mode and mode with oscillations of the product), on which one can see changes in the sizes of crystallites (their apparent decrease) and their directivity towards disorientation. It is noted that the change in the size of crystallites, their disorientation leads to a significant improvement in the mechanical properties of the deposited layer or weld, in addition, the width of the deposited layer increases significantly (by 30 ... 40%), and this increase in productivity. When conducting surfacing with fluctuations in the product with effectively selected parameters, significantly improved wear resistance characteristics. Increasing the strength and durability of the product during welding - cladding leads to an increase in reliability during operation, in particular, without the use of special materials and electrode wires. The method of surfacing of cylindrical parts along a helical line is highlighted, while solving the problem of providing a continuous layer of surfacing taking into account vibrations or a product or part. The installation design with a mechanism controlled by the frequency and scope (amplitude) of product oscillations in various directions, and the general functioning algorithm of the corresponding considered technique, allowing implementing the proposed surfacing method, is considered. A high level of control over oscillation parameters, speed were achieved by using gearless computerized drives with a stepper motors in the installation. The considered method of surfacing with fluctuations of products is quite effective, but has limitations on the mass and dimensions of the product.